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1. Introducción
Los humedales están presentes en todo el planeta tierra y, debido a su diversidad, no hay una única definición que alcance a englobar la totalidad de sus características, la única particularidad que comparte la mayoría es el suelo saturado o cubierto de agua (Cowardin et al., 1979). Para efectos prácticos y de forma general, se puede decir que los humedales son áreas donde el medio y la vida, vegetal, animal, etc., están controlados por el agua (Secretaría de la Convención de Ramsar, 2016), ya que la saturación de agua en la superficie determina el desarrollo del suelo y, por tanto, de los organismos que lo habitan (Cowardin et al., 1979).
Se sabe que los humedales son medios naturales sumamente importantes y productivos para el mundo, ya que son espacios donde se alberga y se da sustento a gran cantidad de biodiversidad y sirven como depósito de material genético, así mismo; los humedales representan, debido a su capacidad de adaptarse a condiciones dinámicas, espacios clave para el sustento de generaciones futuras frente a los impactos del cambio climático (Secretaría de la Convención de Ramsar, 2016).
En Sudamérica, la heterogeneidad en la extensión latitudinal y longitudinal del continente y el rango altitudinal que alcanza, además de su diversidad geológica y climática con influencia de los océanos Pacífico y Atlántico, generan diversos tipos de humedales (Junk et al., 2014). Según Galán de Mena y Linares Perea (2008), en Sudamérica, se pueden identificar 4 grupos de humedales por su situación geográfica y composición florística. Entre ellos están los humedales andinos neotropicales, los humedales andinos patagónicos y de clima templado, los humedales de la Cuenca Amazónica y de las sabanas inundables del Orinoco, Mato Groso y Moxos y los humedales de la región desértica pacífica, donde se encuentran los Humedales de Ventanilla.
En el año 2006, mediante Decreto Supremo No074-2006-AG se creó el Área de Conservación Regional Humedales de Ventanilla (en adelante ACR) en la Provincia Constitucional del Callao. Las Áreas de Conservación Regional son un tipo de Áreas Naturales Protegidas (ANP) con importancia ecológica significativa y se establecen por propuesta de los Gobiernos Regionales que tramitan su creación en su jurisdicción y son los encargados de su gestión (Servicio Nacional de Áreas Naturales Protegidas - SERNANP, 2010). Los objetivos del ACR son conservar una muestra representativa de los humedales de la ecorregión Desierto Pacífico Subtropical, contribuir con la Zonificación Ecológica y Económica de la región, la protección de suelos y vegetación, el control y mitigación de amenazas sobre los humedales, evitar la degradación y pérdida de la biodiversidad, y crear condiciones para realizar actividades de ecoturismo, recreativas, científicas, educativas y culturales (Decreto Supremo No074-2006-AG, 2006). Esta muestra abarca una riqueza florística representada por plantas de porte herbáceo y arbustos, 90 y 10 % respectivamente, las plantas totales acuáticas representan el 30 % de la totalidad de especies y el 75 % de las especies tienen por lo menos un uso, generalmente medicinal (Aponte Ubillus & Ramírez, 2014). Por otro lado, se han identificado 121 especies de aves, tanto residentes como migratorias, además, se han hallado 2 especies endémicas (Geositta peruviana y Cinclodes taczanowskii) (Carazas et al., 2015).
Según la Ley de Áreas Naturales Protegidas (2008), las zonas de amortiguamiento son espacios adyacentes a las áreas naturales protegidas que requieren un tratamiento especial para garantizar su conservación, además su extensión se define en el Plan Maestro de cada área. En el caso del ACR, el Plan Maestro 2009-2014 establece una zona de amortiguamiento con una superficie estimada de 996.1 ha demarcada por los límites naturales de la cuenca arreica que contiene a estos humedales (Gobierno Regional del Callao, 2009). Sin embargo, al no encontrarse delimitada por hitos, se ha registrado una pérdida de esta zona causada por incendios, intentos de invasión y quema de residuos (Aponte Ubillus et al., 2015), lo que significaría que se están disminuyendo grandes extensiones de terreno a causa, principalmente, de la expansión urbana (Muguruza, 2015). A este problema se le suma el hecho de que en la actualidad no hay un Plan Maestro vigente, lo que supone la ausencia de una zona de amortiguamiento para el ACR. Esta situación fue la causante de que se aprobará la Ordenanza Municipal No 013-2020 (Municipalidad Provincial del Callao, 2020) que permite el cambio de zonificación, de residencial a industrial, de un predio ubicado en parte de lo que era la zona de amortiguamiento. Tal ordenanza se ampara en lo señalado por la Dirección de Desarrollo Estratégico-SERNANP (2016) en su Informe No 1028-2016-SERNANP-DDE, donde se ratifica que el ACR no cuenta con una zona de amortiguamiento.
Por lo antes descrito, es posible decir que la, ahora inexistente, zona de amortiguamiento se encuentra en un estado vulnerable y, por lo tanto, también lo está el propio ACR. Por este motivo, la presente investigación tiene como objetivo evaluar la vegetación y saturación del suelo del ACR dentro de lo que fue su zona de amortiguamiento, desde meses antes de su creación en 2006 hasta el año 2021, para lo cual se han utilizado imágenes satelitales Landsat y herramientas como los índices ICEDEX y NDVI.
2. Metodología
La investigación realizada es de tipo no experimental, transversal y descriptiva y se desarrolló con un análisis inicial del área de estudio, la adquisición de datos provenientes del satélite Landsat, el preprocesamiento de estos, un posterior procesamiento y finalmente el análisis de estos resultados, tal como se presenta en el esquema de la Figura 1.
2.1 Área de estudio
El área de estudio comprende el ACR, establecido en 275.49 ha, dentro de lo que fue su zona de amortiguamiento de 996.1 ha, ubicados en la zona centro occidental del distrito de Ventanilla, en la provincia Callao, como se muestra en la Figura 2.
Los límites del ACR son por el norte la Av. La Playa - Balneario Costa Azul, por el sur las zonas eriazas de las estribaciones finales de los cerros Colinar y Los Perros, por el este la Av. Miguel Grau y por el oeste las playas de Ventanilla (Decreto Supremo No074-2006-AG, 2006). En el caso de la antigua zona de amortiguamiento, esta limita por el norte con los cerros y colinas bajas del cordón ecológico de Ventanilla - Pachacutec, por el oeste con la línea de playa del Balneario Costa Azul, por el sur con el sistema rocoso del cerro Los Perros y por el este con las cumbras y crestas de los cerros y colinas adyacentes al cerro Los Perros hasta el Asentamiento Humano (AAHH) Licenciados de la Patria, cruzando el área urbana hacia la avenida La Playa hasta bordear los límites del Parque Ecológico del Mirador de Ventanilla (Gobierno Regional del Callao, 2009).
Para proceder con la adquisición de datos fue necesario crear dos vectores, tanto del ACR como de la antigua zona de amortiguamiento, para limitar la región de interés y superponerlas a cada imagen para los respectivos fines.
2.2 Adquisición de datos
Para la evaluación del ACR se usaron imágenes satelitales de nivel 1 generadas por los sensores TM (Landsat 5) y OLI/TIRS (Landsat 8), como se muestra en el Cuadro 1, las cuales se adquirieron mediante acceso libre del U.S. Geological Survey (USGS). Se decidió trabajar con un intervalo de cinco años entre imágenes para obtener resultados que comparen el estado inicial y final del ACR, además de mostrar los escenarios de cambio entre estos, por lo que el intervalo propuesto se ajusta a esta medida. Además, se priorizó el mes de marzo, ya que al encontrarse el ACR dentro del sistema hídrico del río Chillón puede verse influenciado por las descargas de este, cuyo mayor volumen promedio anual ocurre entre los meses de diciembre y abril (Gobierno Regional del Callao, 2009), lo que generaría un aumento en la cantidad de agua del humedal. Otra razón para optar por este mes es que las imágenes satelitales presentaban menor nubosidad a comparación de otros meses.
Cuadro 1 Imágenes seleccionadas para la evaluación.
| Sensor | Fecha | ID |
|---|---|---|
| Landsat 5 TM | 09 de marzo de 2006 | LT05_L1TP_007068_20060309_20161122_01_T1 |
| 07 de marzo de 2011 | LT05_L1TP_007068_20110307_20161209_01_T1 | |
| Landsat 8 OLI/TIRS | 04 de marzo de 2016 | LC08_L1TP_007068_20160304_20180130_01_T1 |
| 02 de marzo de 2021 | LC08_L1TP_007068_20210302_20210311_01_T1 |
2.3 Preprocesamiento
2.3.1 Calibración radiométrica
La información generada por los sensores TM y OLI/TIRS es guardada en formato de radiancia absoluta, posteriormente, para su distribución, son escalados a valores que representan números digitales (ND) (Chander & Markham, 2003). Sin embargo, para evidenciar cambios en la superficie terrestre en tiempo y espacio, así como entre múltiples sensores, es necesario trabajar con una escala radiométrica común físicamente significativa (Chander et al., 2009), es decir, se debe convertir los ND a valores de radiancia (L), para lo cual se usó las herramientas proporcionadas por el software ENVI 5.3.
2.3.2 Corrección atmosférica
Se realizó utilizando el módulo de corrección atmosférica FLAASH (Fast Line of sight Atmospheric Analysis of Spectral Hypercubes) en el programa ENVI versión 5.3, el cual elimina la mayor parte de la influencia que tienen el aire, la luz y otros factores de reflectancia, para obtener parámetros más precisos de reflectividad, emisividad, temperatura de la superficie y otros modelos físicos reales, propios de la superficie (ITT Visual Information Solutions, 2009).
Para la ejecución de dicho módulo, se eligió un modelo tropical y rural y fueron necesarios parámetros de escena (fecha y hora, altitud del sensor, tamaño de píxel y elevación de terreno), parámetros climáticos (modelo atmosférico, modelo aerosol, recuperación de agua y visibilidad) y la imagen calibrada radiométricamente (Lora López, 2016).
2.4 Procesamiento
2.4.1 Índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI)
Para la obtención de este índice, se cuenta con la (Ecuación 1), la misma que se utilizó en el software ENVI 5.3 para la realización de los cálculos. A grandes rasgos, el procedimiento consiste en definir la ecuación en la herramienta Band Math del software y establecer con que bandas se va a trabajar, posteriormente se ejecuta el cálculo y se muestra el resultado. El NDVI, según Pettorelli (2013), se basa en los patrones característicos de absorción y reflectancia de la vegetación en la banda roja del espectro electromagnético, ya que la vegetación tiene una alta absorción de la luz visible y una alta reflectancia del infrarrojo cercano. En el presente estudio se utilizará este índice para estimar y comparar la presencia de vegetación en el ACR en el periodo 2006-2021.
(E. 1)
Donde:
índice de vegetación de diferencia normalizada.
: banda del infrarrojo cercano (banda 4 o banda 5, para el sensor TM u OLI/TIRS respectivamente).
banda roja (banda 3 o banda 4, para el sensor TM u OLI/TIRS respectivamente).
2.4.2 Índice del Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (ICEDEX)
Para este índice se cuenta con la Ecuación 2 y, análogamente al NDVI, se utiliza la herramienta Band Math del software ENVI 5.3 para la realización de los cálculos y la obtención de los resultados. Por otro lado, este índice ha sido utilizado por el Instituto Ambiental Español CEDEX con el fin de mapear aguas continentales y es uno de los que presenta valores más estables (Ariza et al., 2014). Además, se optó por este índice puesto que, como lo indican Delpino Aguayo et al. (2018) en su estudio de evaluación de índices espectrales para la caracterización de humedales, el ICEDEX es el mejor indicador para determinar áreas saturadas de agua de aquellas libres de esta, gracias al alto nivel de contraste que ofrece y que permite el análisis de áreas costeras y sus bordes, cursos, vegetación acuática, entre otros.
(E. 2)
Donde:
Índice del Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas
: banda del infrarrojo cercano (banda 4 o banda 5, para el sensor TM u OLI/TIRS respectivamente).
banda roja (banda 3 o banda 4, para el sensor TM u OLI/TIRS respectivamente).
banda del infrarrojo corto (banda 5 o banda 6, para el sensor TM u OLI/TIRS respectivamente).
2.4.3 Clasificación no supervisada
Las imágenes procesadas en ENVI 5.3 fueron trasladadas al software ArcMap 10.8 donde se realizó la clasificación de estas con el método de Clasificación No Supervisada, para lo cual se usó rangos: cuatro para el índice NDVI, mostrados en el Cuadro 2, basados en la clasificación propuesta por Mohamed Eid et al. (2020) y otros dos para el ICEDEX, mostrados en el Cuadro 3, planteado por Bustamante et al. (2005).
Cuadro 2 Clasificación de NDVI para el ACR.
| Valor de NDVI | Clasificación |
|---|---|
| -1 a 0.2 | Sin vegetación |
| 0.2 a 0.4 | Vegetación dispersa |
| 0.4 a 0.6 | Vegetación moderada |
| 0.6 a 1 | Vegetación densa |
Fuente: Mohamed Eid et al. (2020).
Cuadro 3 Clasificación de ICEDEX para el ACR.
| Valor de ICEDEX | Clasificación |
|---|---|
| 0.4 a menos | Suelo saturado |
| 0.4 a más | Suelo seco |
Fuente: Bustamante et al. (2005).
3. Resultados
3.1 Variación de la vegetación en el ACR'
Los cambios de vegetación se presentan en el Cuadro 4, donde se puede observar que hubo un aumento en la vegetación densa y moderada en el último año (6.30 y 19.80 ha, respectivamente) en comparación con el primer año, así como una disminución del suelo sin vegetación y de la vegetación dispersa en el 2021 (22.59 y 3.51 ha, respectivamente) en comparación con el año 2006. En la Figura 3 se presenta la detección de cambios de vegetación de manera espacial en el ACR dentro de su antigua zona de amortiguamiento. Así mismo, en el Cuadro 5 se presenta una comparación multitemporal de la vegetación, únicamente de los años 2006 y 2021, y en la Figura 4 se muestra dicha comparación de manera espacial. Estos resultados reflejan que gran parte de las zonas con vegetación se han mantenido durante los años, que en otras zonas la vegetación ha estado ganando terreno, sobre todo en la zona costera, y que en otras zonas ha estado disminuyendo levemente, mayormente en el extremo noreste del ACR.
Cuadro 4 Cambios de vegetación en el ACR utilizando NDVI.
| Clasificación NDVI | Área (ha) | |||
|---|---|---|---|---|
| 2006 | 2011 | 2016 | 2021 | |
| Sin vegetación | 186.39 | 169.38 | 167.40 | 163.80 |
| Vegetación dispersa | 60.75 | 42.21 | 67.77 | 57.24 |
| Vegetación moderada | 27.09 | 53.46 | 37.80 | 46.89 |
| Vegetación densa | 1.26 | 10.44 | 2.52 | 7.56 |
Figura 3 Detección de cambios de vegetación a través del tiempo en el Área de Conservación Regional Humedales de Ventanilla enmarcado en lo que fue su zona de amortiguamiento mediante la utilización de NDVI: (a) 2006; (b) 2011; (c) 2016; (d) 2021.
Cuadro 5 Comparación multitemporal de vegetación total en el ACR: 2006 y 2021.
| Comparación multitemporal NDVI | Área (ha) |
|---|---|
| 2006-2021 | |
| Ausencia continua | 158.76 |
| Presencia continua | 84.06 |
| Ganancia | 27.63 |
| Pérdida | 5.04 |
3.2 Variación de la saturación del suelo en el ACR
Los cambios en cuanto a la saturación del suelo se encuentran en el Cuadro 6, donde podemos observar que hubo una pérdida de suelos saturados que se refleja en los cuatro años analizados, esta se ha acentuado en el último año de estudio, que en comparación con el primero, tiene una pérdida de 27.36 ha. En la Figura 5 se presenta la detección de cambios de la saturación del suelo de manera espacial en el ACR, dentro de lo que antes era su zona de amortiguamiento. Así mismo, en el Cuadro 7 se presentan una comparación multitemporal de la saturación del suelo, únicamente de los años 2006 y 2021, además, la Figura 6 muestra dicha comparación de manera visual. Estos resultados reflejan que la pérdida de suelos saturados se acentúa en la zona norte del ACR, mientras que los suelos costeros han mantenido su estado de saturación; además, se ha observado que, aunque en general ha habido una pérdida de suelo saturado, en la zona sur del ACR se han generado este tipo de suelos.
Cuadro 6 Cambios de la saturación del suelo en el ACR utilizando ICEDEX.
| Clasificación ICEDEX | Área (ha) | |||
|---|---|---|---|---|
| 2006 | 2011 | 2016 | 2021 | |
| Suelo saturado | 67.23 | 57.96 | 50.94 | 39.87 |
| Suelo seco | 208.26 | 217.53 | 224.55 | 235.62 |
Figura 5 Detección de cambios de saturación del suelo a través del tiempo en el Área de Conservación Regional Humedales de Ventanilla enmarcado en lo que fue su zona de amortiguamiento mediante la utilización de NDVI: (a) 2006; (b) 2011; (c) 2016; (d) 2021.
Cuadro 7 Detección de cambios de saturación del suelo en el ACR entre el año 2006 y 2021.
| Comparación multitemporal ICEDEX | Área (ha) |
|---|---|
| 2006-2021 | |
| Ausencia continua | 189.63 |
| Presencia continua | 21.24 |
| Ganancia | 18.63 |
| Pérdida | 45.99 |
4. Discusión
La normativa peruana y los compromisos internacionales sobre los que se basa la creación del ACR establecen una serie de obligaciones para asegurar su conservación. Dentro de los compromisos están: la Convención Relativa a los Humedales de Importancia Internacional que establece en sus principios la conservación de tales ecosistemas, que debe asegurarse en armonía con políticas nacionales con una acción internacional coordinada (Aponte Ubillus, 2017); el artículo 68 de la Constitución Política del Perú que establece como obligación del Estado promover la conservación de la diversidad biológica y de las áreas naturales protegidas; la Ley General del Ambiente que, en su artículo 99, reconoce la importancia de los humedales y de las especies que de estos dependen, además de declarar que el Estado debe adoptar medidas especiales para la conservación de estos ecosistemas; la Ley de Áreas Naturales Protegidas que regula tales áreas (entre ellas las de conservación regional); y el Decreto Supremo No074-2006-AG que establece el Área de Conservación Regional Humedales de Ventanilla. Por ello, para los fines de la presente investigación se tomó como aspectos a evaluar la conservación de la vegetación y la saturación del suelo del ACR, dentro de lo que fue su zona de amortiguamiento, mediante los índices NDVI e ICEDEX, respectivamente.
Los resultados referentes a los suelos saturados en el ACR muestran que las pérdidas de hectáreas son mayores a las ganancias de estas (Cuadro 7 y Figura 6), con valores de 45.99 y 18.63 ha, respectivamente. Normalmente, esto significaría una disminución de la vegetación dependiente de estos suelos; sin embargo, como se detalla en los resultados, este no ha sido el caso, ya que se observa una tendencia al aumento de vegetación (Cuadro 4 y Figura 3) y una ganancia mayor que la pérdida entre los años 2016 al 2021 (Cuadro 5 y Figura 4), con valores de 27.63 y 5.04 ha, respectivamente. Tales hallazgos podrían ser explicados por el proceso de eutrofización, como es el caso del humedal costero peruano Santa Rosa que, según Urbina Rojas y Rivera Cáceda (2020), presenta aumentos en la cobertura y área de vegetación (+12.36 %), que fueron evaluados con el índice NDVI, como consecuencia de procesos de eutrofización. Así mismo, esto coincide con lo hallado por Moschella Miloslavich (2012), quien analizó la variación de la superficie de los humedales de Ventanilla entre 1961 y 2009 y determinó un incremento de 13 a 468 ha de vegetación, lo que explica que se da debido a la existencia de una relación directa entre la expansión de las áreas urbana y la superficie de los humedales, ya que dicha expansión genera procesos de eutrofización por infiltraciones de aguas residuales urbanas en los humedales. A su vez, esto concuerda con lo hallado por Rodríguez et al. (2017), que realizaron una evaluación microbiológica a un cuerpo de agua dentro del ACR y evidenciaron alteraciones de este por actividades humanas, puesto que encontraron altos valores de coliformes totales que evidencian la existencia de una fuente rica de nutrientes relacionada a los canales y desagües que llegan a dicho cuerpo de agua.
Del mismo modo, según Villagra Dill’erva (2017), los humedales de Ventanilla se encuentran impactados por la expansión urbana que ocasiona la destrucción de un sector del ecosistema, tal expansión se puede evidenciar en la ahora inexistente zona de amortiguamiento del ACR, y la pérdida de cuerpos de agua, que se ha comprobado en la presente investigación mediante el ICEDEX (Cuadro 7). Este escenario no solo se da en el Perú, sino que se presenta en otros países de América del Sur, pues de acuerdo con Días et al. (2013), los humedales costeros de esta región están altamente amenazados por acciones humanas como la intensa producción agrícola, el desarrollo de infraestructura turística y la expansión de áreas urbanas. Esta situación es preocupante, pues los humedales costeros son considerados zonas frágiles de gran valor ecológico (Zhao et al., 2016) y a medida que aumentan las amenazas a estos, los efectos negativos en la productividad y biodiversidad ecosistemas se acentúan (Thomas et al., 2016).
5. Conclusiones
Las herramientas de teledetección proporcionaron una manera accesible para la evaluación del ACR. Conforme a lo hallado en la presente investigación, el área de suelos saturados muestra una tendencia a la disminución, de manera concreta, una pérdida de 45.99 ha entre los años 2006 y 2021 frente a una ganancia de solo 18.63 ha, por otro lado, y diferencia de lo que se podría esperar, la vegetación muestra una tendencia al aumento, con una ganancia de vegetación total de 27.63 ha frente a una pérdida de 5.04 ha en el mismo periodo (2006 - 2021). Esto que en el ACR se estarían dando procesos de eutrofización ocasionados por presiones antrópicas, principalmente por la infiltración de aguas residuales, lo que se traduciría en una alteración a la dinámica de este ecosistema y, por ende, en una inadecuada conservación de este.
Estos hallazgos permiten conocer el estado actual del ACR, lo que debe dar paso a investigaciones complementarias que continúen con la evaluación de este espacio, integrando otras variables propias del ecosistema. Además, es importante priorizar una mayor atención sobre la conservación de este tipo de áreas naturales, tomando en cuenta los cambios en su entorno y mejorando el uso que se les da, anteponiendo su preservación y la de su biodiversidad.
6. Ética y conflicto de intereses
Las personas autoras declaran que han cumplido totalmente con todos los requisitos éticos y legales pertinentes, tanto durante el estudio como en la producción del manuscrito; que no hay conflictos de intereses de ningún tipo; que todas las fuentes financieras se mencionan completa y claramente en la sección de agradecimientos; y que están totalmente de acuerdo con la versión final editada del artículo.
